H型复合垫片简介

收稿日期:2006208225

作者简介:谢哲蓉(19732),女,广东揭阳人,工程师,学士,从事压力容器及设备的制造工作。

文章编号:100027466(2007)0120073203

H 型复合垫片简介

谢哲蓉

(兰州石油机械研究所,甘肃兰州　730050)

摘要:介绍了H 型复合垫片的密封机理和结构,并且与波齿垫片和缠绕垫片的密封性能进行了

比较。

关键词:垫片;H 型;法兰;密封;泄漏

中图分类号:TQ 050.3;TB 42 文献标志码:B

The B rief Introduction of H 2Type Compound G asket

XIE Zhe 2rong

(Lanzhou Pet roleum Machinery Research Instit ute ,Lanzhou 730050,China )

Abstract :The seal principle and it s const riction of H 2type complex gasket were introduced ,as

compared wit h wave 2toot hed compound gasket and spiral wound gasket.

K ey w ords :gasket ;H 2type ;flange ;seal ;leakage

垫片是压力容器及管道法兰连接中的重要零件,它与法兰、螺柱、螺母等相互作用,实现设备与设备、设备与管道或管道与管道之间的连接和密封,垫片性能的好坏直接影响法兰接头的紧密性和可靠性,法兰连接处的泄漏是炼油、化工、热核电、医药、航天等领域使用的压力容器和管道等生产装置安全生产需要解决的重要课题。

为了适应各种工况的使用要求,垫片的种类、型式以及制造技术均已获得了重大进展,其制做材料已从单一材料制成的平垫片发展到用各种不同材料制造的复合垫片,结构也从简单的平垫片结构发展到具有各种加强结构的高性能垫片。H 型复合垫片就是为满足在热核电和有剧毒介质工况下,对泄漏量要求极小而发展起来的一种新型垫片。

1　H 型复合垫片的结构和性能

H 型复合垫片是一种新型组合结构垫片,与波

齿垫片和缠绕垫片相比,其结构新颖、制造方便、使

用可靠、价格相对低廉。H 型复合垫片的结构见图1[1],它是在钢平垫片的2个密封面上分别沿圆周加

工1个径向宽10～25mm 、深0.3～0.5mm 的环形槽,然后在该环形槽内填充厚度为1.0～1.5mm 的柔性膨胀石墨即可

。

图1　H 型复合垫片结构简图

从图1可以看出,垫片的密封效果主要取决于柔性膨胀石墨,钢骨架则起刚性支持的作用。实际上,这种垫片是将凹凸面法兰结构的精华移植到垫片上,使其配套法兰只要平面(凸面)即可,简化了法兰的加工。因此,H 型复合垫片适用于绝大多数介质的场合,它具有耐高温、低温的特点,使用温度为-196～650℃,可在有耐腐蚀、耐放射性要求的工

况下使用,通过加宽加厚的垫片可耐高压。

国内学者对H 型垫片做了大量的设计研究工作,提出了相关的设计技术条件,也进行了相应的工业试验[2]。工业试验在南京炼油厂的3个不同装置

　第36卷　第1期 石　油　化　工　设　备 Vol 136　No 11 2007年1月 PETRO 2CH EMICAL EQU IPM EN T Jan.2007

中进行,试验条件为:使用压力0.2～4.0M Pa,垫片直径DN200～DN500mm,使用温度350～465℃,介质有油气、临氢物和化工原料等。

工业试验结果表明,原来用铁包垫和缠绕垫均解决不了泄漏问题的部位,如临氢系统(氢气具有特殊的腐蚀作用和危险性)使用H型复合垫片后不再泄漏,在临氢系统试验时选择了均三甲苯反应器顶盖法兰连接处,其工况及参数为:DN500mm,p= 1.2M Pa,t=350℃,介质为氢气、油气。以前使用缠绕垫片因密封不好,需经常更换,改用H型垫片后,4a中不再有泄漏发生。工业试验证明,H型复合垫片密封性能优良,抗波动性能也较好,不需要额外的压紧力,一般情况下不需要热紧(受热时因松弛需要重新紧固螺栓),特别适合高温操作环境。现临氢系统每次停工时只需更新垫片中的石墨,骨架均重复利用。

在对H型复合垫片做工业应用试验的同时,石油大学和南京化工大学化工部静密封检测中心也分别对H型复合垫片进行了垫片的静密封检测。南京化工大学化工部静密封检测中心《H型不锈钢-柔性石墨复合垫片力学性能和密封性能检测报告(99检字9911号)》中的结论认为,垫片预紧压力(常温下)70M Pa,介质压力为5.0M Pa,介质N2的泄漏率小于美国压力容器研究委员会(PV RC)推荐的紧密级(泄漏率小于2×10-5mg/(s・mm),核工业及剧毒介质条件下使用),并建议提高石墨的初始密度,可较大幅度提高垫片的回弹量(即可大于17%)[3]。石油大学对该种复合垫片所做的密封检测显示,其密封性能全部达到标准级,一些垫片的数据达到紧密级[4]。

2　性能比较

(1)结构　波齿垫片的结构见图2,缠绕垫片的结构见图3,从结构上看,H型垫片的骨架结构与波齿垫片、缠绕垫片的骨架结构不同,H型复合垫片骨架结构的独特之处是沿径向槽两端各有一个凸台[5],垫片加工简单,尺寸控制不严格。钢骨架精度控制在±0.1mm即可,粗糙度无特殊要求,故加工成本不高,单个垫片在普通车床上就可以加工,不需要加工齿形骨架或缠绕钢架的专用设备,因此H型复合垫片较其它2种垫片结构及制造简单,容易组装,若批量生产,成本更低。

(2)密封机理　波齿垫片的密封主要靠法兰压紧,石墨被压入骨架沟槽,金属骨架产生弹性变形形成不连续的多道密封。缠绕石墨垫片和H型膨胀石墨垫片则是石墨高于支承环,法兰的压紧力使法兰连接面和垫片支承环接触,石墨起密封作用。特别是H型垫片,由于螺栓力的作用,凸台可限制石墨径向流动,石墨只沿厚度方向(轴向)膨胀,表现为法兰2螺栓系统轴向力的增加,既有利于密封,也不会挤走石墨,内、外凸台可起到调节能量的作用,高压下有加大螺栓预紧力的作用,可储存部分能量以补偿螺栓的松弛和流体压力波动引起的载荷变化。波齿垫片或缠绕垫片则无此性能,故H型复合垫片的密封性能要比其它2种垫片可靠

。

图2　波齿垫片结构简图

图3　缠绕垫片结构简图

(3)密封性能　波齿垫片、缠绕石墨垫片及H 型膨胀石墨垫片的常温泄漏率均可达到紧密级,但高温密封性能的工业应用证明,H型复合垫片的高温性能优于波齿垫片和缠绕石墨垫片,其高温下的泄漏量比常温下还小一个数量级。按H型复合垫片的特点,经过尺寸优选,在密封试验中,该垫片常温下的泄漏量可全部达到PV RC规定的标准级。在450℃高温下的泄漏量全部达到紧密级(即可在核工业和剧毒介质中应用)。它完全可用在高温高压的场合,特别是密封要求很高,温度、压力波动剧烈的部位。

(4)回弹率　H型复合垫片的回弹率为17%,缠绕垫片的回弹率为20%,波齿垫片的回弹率为9%～10%。垫片的回弹率是垫片密封性能的重要指标,它补偿了由于长期运转、温度升高后螺栓伸长的松驰。回弹率大能有效补偿螺栓伸长造成的垫片松弛,防止泄漏。螺栓一般为非奥氏体钢,线膨胀系数为12×10-6mm/(mm・℃)左右,小于柔性石墨的线膨胀系数,考虑垫片的实际温度比螺栓的温度高,柔性石墨的膨胀量会远大于螺栓,因此,在同样的可比条件下,整个垫片比螺栓大得多的伸缩量可补偿介质压力和温度使螺栓伸长造成的垫片松弛,能保证温度升高后密封继续有效。

(5)安装施工　波齿垫片在安装施工中不会产生

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